JP2007315704A

JP2007315704A - 蓄冷器または蓄熱器およびその製造法

Info

Publication number: JP2007315704A
Application number: JP2006146961A
Authority: JP
Inventors: Robert Lange; ラングロバート; Kemal-Edip Yildirim; イルディリムケマール−エディプ; Cremer Wolfgang; クレーマーヴォルフガング
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2006-05-26
Filing date: 2006-05-26
Publication date: 2007-12-06

Abstract

【課題】蓄冷媒体または蓄熱媒体が充填される複数の担持体要素（１０）と、蓄冷媒体または蓄熱媒体と熱移動媒体との間に熱交換を起こさせるために、熱移動媒体を、その中を貫流させるように設計されている熱交換器（１２）とを備える蓄冷器および／または蓄熱器。
【解決手段】熱交換器（１２）は、少なくとも１つの蛇行中空セクション（１４）を有し、少なくとも１つの担持体要素（１０）が、蛇行中空セクションの少なくともいくつかのループの足部の間に設けられる。蓄冷器および／または蓄熱器を製造するための方法では、プレス嵌め結合部が蛇行中空セクションと担持体要素との間に形成されるように、担持体要素の高さが少なくとも１つのループの足部の間の間隔と協働する。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄冷媒体または蓄熱媒体が充填されている複数の担持体要素と、蓄冷媒体または蓄熱媒体と熱移動媒体との間で熱交換を起こさせるために熱移動媒体を、その中を貫流させるように設計されている熱交換器とを有する蓄冷器および／または蓄熱器に関する。さらには、本発明は蓄冷器および／または蓄熱器を製造する方法に関する。

蓄冷器および／または蓄熱器は、例えば、自動車車両の空気調和と併用して、特に、補助的空気調和のために使用可能である。蓄冷器および／または蓄熱器は、例えば、欧州特許出願公開第０９１４３９９号（Ｂ１）から知られる。この公報では、蓄冷媒体および／または蓄熱媒体と熱移動媒体との間の熱交換は、熱交換器板または管によって行われることが既に示唆されている。熱交換器板を使用する実施形態では、蓄冷媒体または蓄熱媒体が充填されている担持体要素が、境界壁を有する板形状で配置されて、熱移動媒体が境界壁の間を流れるようになっている。管を使用する実施形態では、蓄冷媒体または蓄熱媒体が充填されている担持体要素が、共通の供給路および排出口に注ぐ管束によって貫通されるようになっている。

本発明の主要な目的は、蓄冷媒体または蓄熱媒体と熱移動媒体との間の熱交換特性の向上が得られ、しかも経済的かつ簡素な構造が実現されるように、蓄冷器および／または蓄熱器ならびに製造法を開発することである。

この目的は、少なくとも１つの蛇行中空セクションを備え、少なくともそのループのいくつかの間にそれぞれ少なくとも１つの担持体要素が存在する熱交換器を有する、本発明に係る蓄冷器および／または蓄熱器によって実現される。好ましくはアルミニウムの蛇行中空セクションが、その全体的な寸法に対して非常に大きな表面を有し、その表面によって蓄冷媒体または蓄熱媒体と熱移動媒体との間で熱交換が行われる。このような大きな表面に加えて、蛇行形状も熱移動媒体のための長い流動区間をもたらす。これも同様に熱交換特性に対して有利な効果を有する。

本発明に係る蓄冷器および／または蓄熱器の１つの特に好ましい実施形態では、さらに、担持体要素の高さが、蛇行中空セクションと担持体要素とのプレス嵌めによる組合せが存在するように蛇行部の間隔に一致するようになっている。このようなプレス嵌めによる組合せは、蛇行中空セクションのばね弾性的特性によって可能になる。このようにして、簡素な構造によって抜群の熱移動特性を実現することができる。

本発明に係る蓄冷器および／または蓄熱器では、相互に隣接して配置されたいくつかの蛇行中空セクションが存在するようになっていることが好ましい。

絶対的に必須ではないが、この関連では、相互に隣接して配置される蛇行中空セクションの個々の蛇行部は本質的に相互に対して平行に延びることがさらに好ましい。特に、このような１つの構造は、担持体要素をいくつかの蛇行中空セクションの２つの蛇行部の間に一度に配置することを可能にする。

さらには、本発明に係る蓄冷器および／または蓄熱器では、蛇行中空セクションの一方の端部分が熱移動媒体の注入口として使用され、かつ蛇行中空セクションの他方の端部分が熱移動媒体の排出口として使用されるようになっていることが好ましい。

この関連では、本発明に係る蓄冷器および／または蓄熱器の１つの有利な開発点では、いくつかの蛇行中空セクションの存在が必要であるが、その一方の端部分は一度に熱移動媒体の共通注入口に連結され、他方の端部分は一度に熱移動媒体の共通排出口に連結される。この方策は、熱移動媒体が並行していくつかの蛇行中空セクションを貫流できるようにする。使用される蛇行中空セクションの数は、熱移動媒体の望ましい流量に応じて選択可能である。

本発明に係る蓄冷器および／または蓄熱器の好ましい実施形態では、それはさらに、蓄冷媒体および／または蓄熱媒体が充填されている少なくとも担持体要素と熱交換器とが内部に存在する筐体を有するようになっている。この筐体は例えば、立方体として作製可能であり、立方形表面が筐体蓋として作製されていることが好ましい。この筐体は基本的に任意の適切な材料から製造可能であるが、蓄冷媒体または蓄熱媒体と筐体周辺との間の熱交換を最小限にするために良好な断熱特性を有することが好ましい。

この関連では、さらに有利なことに、筐体と、蓄冷媒体および／または蓄熱媒体が充填された担持体要素と、熱交換器との間の少なくともいくつかの介在空間に発泡体が適用されるようになっている。発泡体は、例えば、ポリウレタン（ＰＵ）発泡体でよい。発泡体の適用は、断熱特性を向上させるばかりでなく、望ましい振動減衰をさらにもたらす。実施形態に応じて、発泡体はさらに、筐体内部における熱交換器と担持体要素との組合せが占める場所を画定することができる。

本発明に係る蓄冷器および／または蓄熱器の特に好ましい実施形態では、さらに、担持体要素が１枚または複数の板、特に黒鉛板によって作製されるようになっている。

さらには、蓄冷媒体または蓄熱媒体が相変化物質、例えば、水またはパラフィンであることが好ましい。当然のことであるが、当業者によく知られている他の相変化物質も使用可能である。

さらには、本発明に係る蓄冷器および／または蓄熱器の１つの好ましい実施形態では、担持体要素と熱交換器との間には、少なくともセクション内に腐食防護が存在する。この腐食防護は、好ましくはアルミニウムの熱交換器と、蓄冷媒体または蓄熱媒体が充填され、特に、含水黒鉛基材であり得る担持体要素との間の接触腐食を防止する。腐食防護は、例えば、担持体要素のプラスチック被覆および／または熱交換器の表面塗装であり得る。しかし、腐食防護が割愛可能な他の実施形態、例えば、熱交換器または蛇行中空セクションがプラスチックから作製される実施形態も考えられる。

蓄冷器および／または蓄熱器、特に、本発明に係る蓄冷器および／または蓄熱器を製造するための本発明に係る方法は次のステップを含む。すなわち、本方法は、ａ）担持体要素を製造し、かつこれらの担持体要素に蓄冷媒体および／または蓄熱媒体を充填するステップと、ｂ）少なくとも１つの蛇行中空セクションを含む熱交換器を製造するステップと、ｃ）以下のステップによって、すなわち、ｃ１）少なくとも２つの蛇行部の間の間隔を弾性的に拡大するために力を加えるステップ、ｃ２）少なくとも１つの担持体要素を２つの蛇行部の間の拡大間隔の中に配置するステップ、およびｃ３）力を取り除くステップによって、担持体要素および熱交換器を接合するステップとを含む。

本方法は、比較的容易に、したがって経済的に実施可能であり、熱交換器の蛇行構成によって蓄冷媒体または蓄熱媒体と熱移動媒体との間の抜群の熱交換特性を有する蓄冷器および／または蓄熱器をもたらす。他の場合であっても、本発明に係る方法は、本発明に係る冷および／または熱交換器を同じまたは同様の様態で使用すれば、説明した利点をもたらす。この理由のために、それに対応する記述を参照して反復を避ける。

同じことは、一般的な意味において、本発明に係る方法の以下の好ましい実施形態にも該当し、またこれらの開発点によって実現可能な利点に関しても、本発明に係る蓄冷器および／または蓄熱器に関連して、それぞれの対応する説明を参照する。

本発明に係る方法の特に好ましい実施形態では、ステップａ）および／またはステップｂ）の実施に際して、担持体要素の高さは、ステップｃ）の実施の後で、蛇行中空セクションと担持体要素との間のプレス嵌めによる組合せが存在するように蛇行部の間隔に一致する。

さらには、本発明に係る方法は、ステップａ）にしたがって担持体を製造するステップが、１枚または複数の担持体材料板、特に１枚または複数の黒鉛板を所定サイズに切断し、随意選択的に積層するステップを含むようになっている実施形態に関する。

本発明に係る方法では、さらに、相変化物質、例えば、水またはパラフィンが蓄冷媒体または蓄熱媒体として使用されるようになっている。

さらには、本発明に係る方法が相互に隣接して配置されたいくつかの蛇行中空セクションを有する場合に、特に有利であると考えられる。

この関連では、本発明に係る方法の１つの好ましい開発点は、相互に隣接して配置される蛇行中空セクションの個々のループが、本質的に相互に対して平行に配置されることが必要である。

一般に、本発明に係る方法では、蛇行中空セクションの一方の端部分が熱移動媒体の注入口として作製され、かつ蛇行中空セクションの他方の端部分が熱移動媒体の排出口として作製されることが好ましい。そのようにする際に、特にいくつかの蛇行中空セクションが存在するが、その一方の端部分は熱移動媒体の共通注入口に連結され、かつ他方の端部分は熱移動媒体の共通排出口に連結されるようになっている。

本発明に係る方法の１つの好ましい開発点では、それは、次の追加的なステップ、すなわち、ｄ）筐体を設け、蓄冷媒体または蓄熱媒体が充填されている担持体要素と、これらに接合された熱交換器とを筐体の中へ挿入するステップをさらに含む。

この場合に、次のステップ、すなわち、ｅ）筐体と、蓄冷媒体もしくは蓄熱媒体が充填されている担持体要素または熱交換器との間の少なくともいくつかの介在空間に発泡体を適用するステップがさらに存在すれば有利であると考えられる。

さらには、ステップｃ）を実施する前に、担持体要素と熱交換器との間の少なくともセクション内に腐食保護が施されていることが特に好ましい。

添付の図面を参照して例を挙げて本発明の好ましい実施形態を以下に説明する。

図１は、本発明に係る方法によって製造可能な、本発明に係る蓄冷器および／または蓄熱器の１つの実施形態を示す模式図である。図示の蓄冷器および／または蓄熱器は、熱交換器１２と、黒鉛板の形態にある数個の担持体要素１０とが内部に存在する筐体２６を有する。実施の際には、筐体２６は筐体蓋（図示せず）によって閉鎖されている。さらには、図１の右側にある熱交換器１２の領域で、実施の際には熱交換器１２の右側にも担持体要素１０が存在するが、熱交換器１２の構造を例示するために担持体要素１０が割愛されている。この場合では、熱交換器１２が７つの蛇行中空セクション１４を有し、これらのセクションは、蛇行中空セクション１４の個々のループ１６が相互に対して平行に延びるように相互に隣接して配置される。蛇行中空セクション１４のそれぞれは、熱移動媒体の注入口として使用される端部分と、熱移動媒体の排出口として使用される端部分とを有し、それぞれの蛇行中空セクション１４の一方の端部分が熱移動媒体のための共通注入口２２に連結され、かつそれぞれの蛇行中空セクション１４の他方の端部分が熱移動媒体のための共通排出口２４に連結される。図示されていないが、実施の際には、筐体２６と熱交換器１２または担持体要素１０との間に介在する空間が、発泡体によって塞がれることが好ましい。

図２は、図１に示した蓄冷器および／または蓄熱器を製造できる、本発明に係る方法の１つの可能な実施形態を例示するフロー・チャートを示す。図示の実施形態では、黒鉛板が担持体要素１０として使用されており、その理由のために、黒鉛板の製造がステップＳ１で行われる。この目的のために、製造すべき担持体要素１０のサイズにしたがって、黒鉛板が所定サイズに切断され、かつ積層されてパケットになる。

ステップＳ２では、黒鉛板に蓄冷媒体または蓄熱媒体、例えば、水またはパラフィンが充填されるが、以降ではこれらを蓄熱材と呼ぶ。黒鉛板パケットは、蓄熱材を黒鉛板パケットに十分に含ませるのを促すために真空の中で充填される。この過程を保証するために、黒鉛板パケットは充填前に計量される。蓄熱材は、充填されている現時点の黒鉛板パケットのサイズに応じて、計量ユニットによって供給されることが好ましい。別法として、意図的な過剰充填、すなわち、例えば８５％を超える蓄熱材を黒鉛板パケットに含ませる場合には、特別の計量ユニットなしで作業可能である。このような場合では、厳密な充填量が後段の乾燥過程によって保証される。そのようにする際に、充填された黒鉛板パケットは、その合計重量が望ましい充填量の程度に対応するまで連続的に計量されるときに、例えば、高温の空気によって乾燥される。

したがって、図２に示したステップＳ１およびＳ２は、上述の方法ステップａ）に対応する。

図２に示すステップＳ３からＳ６は、方法ステップｂ）を実施するための１つの可能性を例示する。

ステップＳ３では、アルミニウムの中空セクションから熱交換器１２の機械的な製造が行われる。この目的のために、このセクションは、コイルから引き抜かれてカレンダ仕上げされる。その後、カレンダ仕上げされたセクションは、必要とされる蛇行ループ１６を作製するために曲げ機械に通される。曲げ過程の終了時に、このセクションは所定サイズに切り取られ、その端部１８、２０が、次の蝋付け過程のために型押し作業が行われる。

ステップＳ４では、熱交換器１２の蝋付けが、例えば、ＣＡＢ（雰囲気調節蝋付け）法によって行われる。これを行うために、熱交換器１２は万力の中で予め製造される。すなわち、蛇行中空セクションは、硬蝋被覆およびフラックス被覆された分配管と、この分配管のための硬蝋被覆された端部キャップと、配管連結用の硬蝋被覆された取付け部とに接合され、かつこれらが相互に固定される。次いで、蝋付けが窒素主体の雰囲気内で大体６００℃の炉の中で行われる。

ステップＳ５では、熱交換器１２の気密度試験が実施される。熱交換器１２の蝋付けおよび冷却を行った後に、このような気密度試験が、ＤＩＮ（ドイツ工業規格）に準拠して、試験ガスとしてヘリウムまたは別法で水素を使用して実施される。熱交換器１２は、ヘリウムまたは水素検出器と一緒に小室内に置かれ、これらに対応する試験ガスが充満される。熱交換器１２から出て来る試験ガスの量を、したがって気密度を検出器によって確認することができる。

ステップＳ６では、熱交換器１２に腐食防護が施される。腐食防護を使用してアルミニウムの熱交換器１２と充填された黒鉛基材との間の接触腐食を防止する。腐食防護は、熱交換器１２の表面塗装の形態で施されるが、ＫＴＬ（陰極防食）法を使用する粉末被覆またはエナメル引きが可能である。別法として、充填された黒鉛基材に、例えば、プラスチック薄膜を被覆することができる。単層および多層被覆のどちらも水蒸気不透過性を高めることができる。

ステップＳ７（図３に示す）は、上で説明した方法ステップｃ）に対応し、蓄冷器および／または蓄熱器の事前組付けステップと呼ぶことができる。最初に、担持体要素１０または充填された黒鉛板パケットと熱交換器１２とが相互に接合される。この目的のために、熱交換器１２の蛇行ループ１６は、その弾性領域において、熱交換器１２の蛇行部１６の間に個々の担持体要素１０を配置可能にするために、力Ｆを加えることによって幅、すなわち、個々の蛇行ループ１６間の間隔ａ’が広げられる。ここでは、担持体要素１０または黒鉛板パケットが、過剰寸法、すなわち、セクションの湾曲部の半径よりも大きなパケット高さｈを有する。蛇行ループ１６の間に担持体要素１０を配置した後で、存在する力Ｆが取り除かれ、蛇行ループ１６はそれらの元の位置に向かって跳ね返る。このようにして、熱交換器１２と個々の担持体要素１０との間のプレス嵌め接合が実現する。次いで、方法ステップｄ）にしたがって、蓄冷媒体または蓄熱媒体が充填された担持体要素１０およびこれらに接合された熱交換器１２が、筐体２６に組み付けるためにこの筐体の中に配置されかつ定位置に配向される。

ステップＳ８（図２に示す）は、方法ステップｅ）に対応し、蓄冷器および／または蓄熱器に発泡体を適用するステップと呼ぶことができる。本明細書で説明されている手順の別法として、筐体の中へ挿入する前に、担持体要素１０と熱交換器１２との組合せの周囲に発泡体を適用する実施形態も本発明に係る方法では可能であることをここで指摘する。いずれの場合も、周囲に発泡体を適用して振動を減衰しかつ蓄冷器および／または蓄熱器を断熱するが、このように周囲に発泡体を適用するステップは、担持体要素１０または黒鉛板パケットと熱交換器１２とをポリウレタン（ＰＵ）発泡体によって均一に被覆するように実施されることが好ましい。これは、特に、二分割発泡法によって実現可能である。特に、筐体中または別法として発泡ツール中の間隙を回避するために、筐体の１つの立方形側面に対して事前に発泡体を適用する過程の間に、ＰＵ発泡体を所定の様態で導入することができる。このようにして、筐体２６または発泡ツールの中の担持体要素１０と熱交換器１２との組合せが最終位置に持ち上げられる。後段の仕上げ発泡過程では、筐体２６または発泡ツールの残りの部分に発泡体が適用される。

図２によれば、ステップＳ９で蓄冷器および／または蓄熱器の仕上げ組付けが行われるが、このステップでは、追加的な装着部品が組み付けられる。さらには、センサが装着され、またケーブル・ハーネスが取り付けられる。

ステップ１０では、最終ステップとして基本的な電気的機能の試験が行われるが、電気配線が正確であるかどうか、またセンサが適切に機能するかどうかを調べるために蓄冷器および／または蓄熱器が検査される。

本発明に係る方法を実施するために、特に多様な処理手段および次のような機械またはシステムを使用することができる。すなわち、担持体要素１０に蓄冷媒体または蓄熱媒体を充填するための真空ポンプを備える充填機械、熱交換器１２の位置合わせ、屈曲、切断、および端部作業を行うための特殊機械、窒素小室を備える蝋付け炉、ヘリウムまたは水素によって気密度試験を行うための試験小室、ならびに被加工品に特定的な発泡ツールを備えるＰＵ発泡機械を使用することができる。

図３は、本発明に係る方法のステップｃ１）およびｃ２）の実施を模式的に例示する。そのようにする際に、蛇行中空セクション１４の端部１８、２０は、蛇行ループ１６の間の間隔が拡大間隔ａ’まで広がるように力Ｆによって引き離される。次いで、担持体要素１０が個々の蛇行ループ１６の間に挿入されるが、力Ｆが取り除かれると、これらの担持体要素１０の高さｈは、静止位置の蛇行ループ１６の間に得られる間隔ａ（図４）に対してある一定の過剰寸法を有する。

図４は、図１に示した蓄冷器および／または蓄熱器に関する蛇行中空セクション１４の内部における担持体要素１０の配置を模式的に示すが、この配置は、本発明に係る方法のステップｃ３）を実施した後にもたらされる。力Ｆを取り除くと、蛇行中空セクション１４およびその蛇行ループ１６の間に配置される担持体要素１０は、担持体要素１０の中に供給される蓄冷媒体または蓄熱媒体と、蛇行中空セクション１４の端部分１８に供給されかつ蛇行中空セクション１４の端部分２０で放出される熱移動媒体との間の熱交換に関して抜群の熱移動特性をもたらす組合せを形成する。

上記の説明、図面、および特許請求の範囲に開示された本発明の特徴は、本発明を実施するために個々に重要であるばかりでなく、これらの任意の組合せにおいても重要である。

本発明に係る方法によって製造できる、本発明に係る蓄冷器および／または蓄熱器の１つの実施形態を模式的に示す斜視図である。図１に示した蓄冷器および／または蓄熱器を製造できる、本発明に係る方法の１つの実施形態のステップを例示するフロー・チャートである。本発明に係る方法のステップｃ１）およびｃ２）の実施態様を例示する模式図である。図１に示した蓄冷器および／または蓄熱器に関する蛇行中空セクション内部の担持体要素の配置を例示する模式図であり、この配置は本発明に係る方法のステップｃ３）の実施後にもたらされる。

Claims

蓄熱材が充填される複数の担持体要素と、熱移動媒体が前記蓄熱材に対して熱交換関係で貫流できる熱交換器とを備える蓄熱器であって、前記熱交換器は少なくとも１つの蛇行中空セクションを有し、少なくとも１つの担持体要素が前記蛇行中空セクションの少なくともいくつかのループの中に配置され、前記少なくとも１つの蛇行中空セクションは相互に隣接して配置された複数の蛇行中空セクションを含み、前記蛇行中空セクションのそれぞれの第１の端部分が前記熱移動媒体のための共通注入口に連結され、かつ前記蛇行中空セクションのそれぞれの第２の端部分が前記熱移動媒体のための共通排出口に連結される蓄熱器。
蓄熱材が充填される複数の担持体板と、熱移動媒体が前記蓄熱材に対して熱交換関係で貫流できる熱交換器とを備える蓄熱器であって、前記熱交換器は少なくとも１つの蛇行中空セクションを有し、少なくとも１つの担持体要素が前記蛇行中空セクションの少なくともいくつかのループの中に配置され、前記担持体板は、応力を受けていない状態にある前記蛇行中空セクションのループの足部間の間隔よりも大きな高さを有し、前記高さと前記間隔との間の差によって、プレス嵌め結合部が前記蛇行中空セクションと前記担持体板との間に設けられるようになっている蓄熱器。
前記少なくとも１つの蛇行中空セクションは、相互に隣接して配置された複数の蛇行中空セクションを含む、請求項２に記載の蓄熱器。
相互に隣接して配置される前記蛇行中空セクションの個々のループが、相互に対して本質的に平行に延びる、請求項３に記載の蓄熱器。
前記蛇行中空セクションの第１の端部分が前記熱移動媒体のための注入口であり、かつ前記蛇行中空セクションの第２の端部分が前記熱移動媒体のための排出口である、請求項２に記載の蓄熱器。
前記少なくとも１つの蛇行中空セクションは、相互に隣接して配置された複数の蛇行中空セクションを含み、前記蛇行中空セクションのそれぞれの前記第１の端部分は前記熱移動媒体のための共通注入口に連結され、かつ前記蛇行中空セクションのそれぞれの前記第２の端部分は前記熱移動媒体のための共通排出口に連結される、請求項５に記載の蓄熱器。
前記担持体要素および前記熱交換器が内部に配置される筐体をさらに備える、請求項１に記載の蓄熱器。
前記筐体と前記担持体要素と前記熱交換器との間の少なくともいくつかの介在空間が、発泡体断熱材料によって塞がれる、請求項７に記載の蓄熱器。
蓄熱材が充填される複数の担持体要素と、熱移動媒体が前記蓄熱材に対して熱交換関係で貫流できる熱交換器とを備える蓄熱器であって、前記熱交換器は少なくとも１つの蛇行中空セクションを有し、少なくとも１つの担持体要素が前記蛇行中空セクションの少なくともいくつかのループの中に配置され、前記担持体要素のそれぞれが複数の積層黒鉛板から作製される蓄熱器。
前記蓄熱材は、前記積層黒鉛板に十分に含ませる相変化物質である、請求項９に記載の蓄熱器。
腐食防護が、前記担持体要素と前記熱交換器との間の少なくともセクション内に施される、請求項１に記載の蓄熱器。